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海洋所在岩浆演化过程中钙同位素分馏行为方面获得新进展

撰稿: 海洋研究所 发布时间:2021-11-19

  近期,Nature Index期刊Geochimica et Cosmochimica Acta上刊发了中科院海洋所深海中心孙卫东研究团队关于Manus Basin火山玻璃钙同位素的最新研究成果,对理解岩浆演化过程中的钙同位素分馏行为,应用钙同位素示踪高温地质过程具有重要意义。 

  钙同位素是示踪再循环物质的重要参考指标之一。在利用钙同位素示踪岩浆岩源区特征时,需要首先明确岩浆演化过程中是否会发生钙同位素分馏,但是目前关于这方面的研究并不系统。孙卫东研究团队选取了采自Manus Basin的火山玻璃,其岩性从玄武质安山岩变化至流纹岩,主微量元素及Sr-Nd同位素数据显示它们源自同一岩浆演化序列,是研究岩浆演化过程中钙同位素分馏行为的理想样品。 

 

Manus Basin火山玻璃岩性从玄武质安山岩变化至流纹岩

  结果显示,中基性火山岩的Ca同位素组成(用δ44/40Ca表示)比较均一(0.81 ± 0.04‰至0.82 ± 0.01‰),与目前已经报道的大洋中脊玄武岩(0.84 ± 0.10‰)以及弧后盆地玄武岩(0.80 ± 0.08‰)的Ca同位素组成相似,且不与SiO2、MgO含量存在相关性,说明中基性岩浆演化阶段几乎不发生Ca同位素分馏;随着岩浆演化的进行,酸性火山岩的δ44/40Ca从0.85 ± 0.01‰逐渐升高至1.05 ± 0.04‰,并且与SiO2、MgO含量以及Eu/Eu*存在相关性,说明Ca同位素在酸性岩浆演化阶段发生了分馏。利用rhyolite-MELTS模拟计算显示,酸性岩浆演化过程中发生的Ca同位素分馏主要与该阶段斜长石的分离结晶密切相关。该研究直接论证了Ca同位素在不同岩浆演化阶段的分馏行为,并明确提出中基性岩浆岩可以用来代表其母岩浆的Ca同位素组成。 

火山玻璃的δ44/40CaSiO2MgO含量关系图

  上述研究得到了国家自然科学基金、中国科学院战略性先导专项、国家重点研发专项等项目联合资助。论文第一作者为深海中心祝红丽副研究员,通讯作者为中科院海洋所李聪颖副研究员和成都理工大学张兆峰教授。 

  论文信息: 

  Hongli Zhu, Renqiang Liao, He Liu, Long Du, He Li, Congying Li*, Zhaofeng Zhang*, Weidong Sun, 2021. Calcium isotopic fractionation during magma differentiation: Constraints from volcanic glasses from the eastern Manus Basin. Geochimica et Cosmochimica Acta 305, 228-242.